通信原理教程模擬調制系統(tǒng).教學資料

3.1概述模擬(mónǐ)調制：用來自信源的基帶模擬(mónǐ)信號去調制某載波。載波：確知的周期性波形－余弦波： 式中，A為振幅； 0為載波角頻率； 0為初始相位。定義：調制信號m(t)－自信源來的信號已調信號s(t)－調制后的載波稱為已調信號調制器－進行調制的部件模擬(mónǐ)調制系統(tǒng)圖3.1.1調制器調制器已調信號s(t)調制信號m(t)1第一頁，共23頁。調制的目的：頻譜搬移－適應信道傳輸(chuánshū)、合并多路信號提高抗干擾性模擬調制的分類：線性調制：調幅、單邊帶、雙邊帶、殘留邊帶…非線性調制（角度調制）：頻率調制、相位調制2第二頁，共23頁。3.2線性調制 3.2.0基本概念 設載波為：c(t)=Acos0t=Acos2f0t 調制信號為能量信號m(t)，其頻譜為M(f) 載波：c(t) 相乘結果：s(t) 濾波輸出：s(t) 用“”表示(biǎoshì)傅里葉變換：

式中，s(t)調制信號m(t)Acos0tH(f)已調信號s(t)M(f)f0S(f)f0f-f00(a)輸入信號頻譜密度(b)輸出信號頻譜密度3第三頁，共23頁。 3.2.1振幅調制（AM）基本原理 設:m(t)=[1+m(t)]，|m(t)|1，m(t)|max=m－調幅度， 則有調幅信號(xìnhào)：s(t)=[1+m(t)]Acos0t， 式中，[1+m(t)]0，即s(t)的包絡是非負的。 +1=

=m(t)101+m(t)101+m(t)4第四頁，共23頁。頻譜密度含離散載頻分量(fènliàng)當m(t)為余弦波，且m＝100％時， 兩邊帶功率之和＝載波功率之半。-fmm(t)s(t)M(f)C(f)c(t)A-Atfmf0-f02fmS(f)2fm-f0f0ffftt101+m(t)5第五頁，共23頁。AM信號的接收：包絡檢波原理(yuánlǐ)：性能：設輸入電壓為式中， 為檢波器輸入噪聲電壓y(t)的包絡：在大信噪比下：整流器低通濾波器圖3.2.4包絡檢波器解調調幅信號6第六頁，共23頁。 檢波后（已濾除直流分量）： 輸出信號噪聲功率比： ∵在檢波前的信號噪聲功率比等于 ∴檢波前后信噪功率比之比為

由于(yóuyú)m(t)1，顯然上式比值r0/ri小于1，即檢波后信噪比下降了。7第七頁，共23頁。3.2.2雙邊帶（DSB）調制原理：調制信號m(t)沒有直流分量時，得到(dédào)DSB信號。頻譜：兩個邊帶包含相同的信息。圖3.2.5雙邊帶調制信號的頻譜(a)調制信號頻譜密度M(f)f0(b)已調信號頻譜密度f00-f0fS(f)上邊帶上邊帶下邊帶8第八頁，共23頁。解調：需要本地載波設接收的DSB信號為 接收端的本地載波為 兩者相乘后，得到低通濾波后，得到僅當本地載波沒有頻率和相位誤差時，輸出信號才等于m(t)/2。[和調制信號僅差一個常數(shù)因子]優(yōu)缺點：DSB信號可以節(jié)省(jiéshěng)發(fā)送功率，但接收電路較為復雜圖3.2.6雙邊帶信號解調器原理方框圖基帶信號m(t)接收信號s(t)cos0tr(t)H(f)9第九頁，共23頁。3.2.3單邊帶(SSB)調制原理：兩個邊帶包含相同的信息只需傳輸一個邊帶： 上邊帶或下邊帶要求m(t)中無太低頻率解調：需要本地載波由于若z(t)=x(t)y(t)，則有 Z()=X()Y()單邊帶信號(xìnhào)解調時，用載波cos0t和接收信號(xìnhào)相乘，相當于在頻域中載波頻譜和信號(xìnhào)頻譜相卷積。-f0HL(f)特性上邊帶(b)上邊帶濾波器特性和信號頻譜上邊帶f00f圖3.2.7單邊帶信號的頻譜上邊帶S(f)上邊帶下邊帶HH(f)特性HH(f)特性(a)濾波前信號頻譜(c)下邊帶濾波器特性和信號頻譜S(f)S(f)-f00f-f0f0f下邊帶f010第十頁，共23頁。 下圖以上邊帶為例，示出用低通濾波器濾出解調后的信號(xìnhào)。SSB優(yōu)點：比DSB信號(xìnhào)進一步節(jié)省發(fā)送功率和占用帶寬。圖3.2.8單邊帶信號的解調S(f)(b)上邊帶信號頻譜上邊帶上邊帶f00-f0f2f0-2f0(a)載波頻譜f00-f0fC(f)(c)載波和上邊帶信號頻譜的卷積結果f00-f0f2f0-2f0M(f)HL(f)11第十一頁，共23頁。3.2.4殘留邊帶(VSB)調制VSB調制的優(yōu)點：解調時不需要(xūyào)本地載波，容許調制信號含有很低頻率和直流分量。原理：VSB仍為線性調制。調制信號和載波相乘后的頻譜為設調制器的濾波器的傳輸函數(shù)為H(f)，則濾波輸出的已調信號頻譜為

s(t)調制信號m(t)Acos0tH(f)已調信號s(t)12第十二頁，共23頁?，F(xiàn)在，求出為了得到VSB信號，H(f)應滿足的條件： 若仍用右圖解調器，則接收(jiēshōu)信號和本地載波相乘后得到的r(t)的頻譜為： 將已調信號的頻譜代入上式，得到r(t)的頻譜為：上式中M(f+2f0)和M(f–2f0)兩項可以由低通濾波器濾除，所以得到濾波輸出的解調信號的頻譜密度為：基帶信號m(t)接收信號s(t)cos0tr(t)H(f)13第十三頁，共23頁。 為了無失真地傳輸，要求(yāoqiú)上式 中 由于 所以，上式可以寫為 上式即產生VSB信號的條件。14第十四頁，共23頁。 上式要求：濾波器的截止(jiézhǐ)特性對于f0具有互補的對稱性：H(f+f0)-(f0+fm)0000ffff0-f0f0+fm-2f02f0-2f02f0fm-fmfmfH(f)H(f-f0)H(f+f0)+H(f–f0)15第十五頁，共23頁。3.3非線性調制 3.3.1基本原理頻率的概念(gàiniàn)：嚴格地說，只有無限長的恒定振幅和恒定相位的正弦波形才具有單一頻率。載波被調制后，不再僅有單一頻率?！八矔r頻率”的概念(gàiniàn)：設一個載波可以表示為 式中，0為載波的初始相位； (t)=0t+0為載波的瞬時相位;0=d(t)/dt為載波的角頻率?，F(xiàn)定義瞬時頻率： 上式可以改寫為：16第十六頁，共23頁。角度調制的定義： 由下式可見(kějiàn)， (t)是載波的相位。若使它隨調制信號m(t)以某種方式變化，則稱其為角度調制。相位調制的定義：若使相位(t)隨m(t)線性變化，即令 則稱為相位調制。這時，已調信號的表示式為 此已調載波的瞬時頻率為：上式表示，在相位調制中瞬時頻率隨調制信號的導函數(shù)線性地變化。17第十七頁，共23頁。頻率調制的定義：若使瞬時頻率直接隨調制信號線性地變化，則稱為頻率調制。這時，瞬時角頻率為 及瞬時相位為 這時，已調信號的表示式為： 上式表明，載波相位隨調制信號的積分線性地變化。相位調制和頻率調制的比較：在相位調制中載波相位(t)隨調制信號m(t)線性地變化，而在頻率調制中載波相位(t)隨調制信號m(t)的積分線性地變化。若將m(t)先積分，再對載波進行相位調制，即得到頻率調制信號。類似(lèisì)地，若將m(t)先微分，再對載波進行頻率調制，就得到相位調制信號。僅從已調信號波形上看無法區(qū)分二者。18第十八頁，共23頁。角度調制的波形若m(t)作直線(zhíxiàn)變化，則已調信號就是頻率調制信號。若m(t)是隨t2變化，則已調信號就是相位調制信號角度調制波形i(b)(a)19第十九頁，共23頁。 3.3.2已調信號的頻譜和帶寬 設：調制信號m(t)是一個余弦波， 用其對載波(zàibō)作頻率調制，則載波(zàibō)的瞬時角頻率為 上式中，kf=－為最大頻移已調信號表示式：式中，m＝f/fm為最大頻率偏移和基帶信號頻率之比， 稱為調制指數(shù)mf，即有：：

20第二十頁，共23頁。

是一個含有正弦函數(shù)的余弦(yúxián)函數(shù)，它的展開式為： 式中，Jn(mf)為第一類n階貝塞爾函數(shù)， 它具有如下性質： 故上式可以改寫為： －已調信號最終表示式x21第二十一頁，共23頁。頻譜特點：邊頻成對大部分功率集中 在有限帶